论文部分内容阅读
摘 要：在国内外的高含气油井试油工艺中，因其特殊井况，常因三相分离设备的腐蚀、设计缺陷等因素引发设备泄露事故造成爆炸、火灾等情况。该文建立三相分离设备的事故树模型，通过分析各影响因素之间的逻辑关系，以最小割集来表示出各影响因素对三相分离设备泄露的影响程度，从而得出在试油工艺中，为预防三相分离设备泄露需注意的管理事项。该研究可以为高含气井的试油风险控制提供必要的理论依据，从而保证高含气井试油及生产的高效与安全。
关键词：高含气井 三相分离设备 事故树 最小割集
中图分类号：X92 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0121-02
随着我国试油工艺技术的不当发展和进步，暴露出许多新的问题，在试油生产的各个环节都有着不同程度的安全隐患，如三相分离设备泄露引起的爆炸、火灾、污染等，本文通过事故树分析对引起三相分离设备泄露的各因素进行分析，以保证试油生产的安全进行。
1 事故树分析法
事故树分析法是一种从事故结果到事故发生原因进行层层分析系统安全分析方法。通过逻辑符号将事故与各层原因相连接，简洁而形象的通过逻辑数图形表达它们的逻辑关系。进行事故树分析可以达到的目的有：（1）对造成事故的各因素进行全面而形象的逻辑关系描述；（2）能够发现系统内的各种潜在危险因素，便于设计的优化及施工过程中的管理；（3）通过逻辑运算，便于对系统风险的定性定量分析。
在事故树中，将可能会引发顶事件的事件称为基本事件；将对于可能引发顶事件的所有基本事件称为割集；对于引发顶事件的最低限度的基本事件的集合称为最小割集；对于不能引发顶事件发生的最低限度的基本事件集合称为最小径集。当割集中的每个基本事件都发生则顶上事件一定发生；最小割集的数量决定系统的危险程度。
事故树分析一般采用行列法、布尔代数法、矩阵法、质数代入法和结构法，求得顶事件的最小割集或最小径集。
2 建立三相分离设备的泄露事故树模型
三相分离设备在高含气油井的试油作业中，常因为腐蚀、设计缺陷、外部干扰等因素引发设备泄露事故，严重影响着三相分离器的可靠性。本节以三相分离设备泄露为顶事故建立事故树模型，如图1所示。
2.1 求取最小割集
利用布尔代数法求事故树的最小割集如下：
T=B1+B2=（C1+C2）+（C3+C4+C5）=（X1+X10+D1+D2+D3）+（X22X23+D4D5D6+X22X34）
=X1+……+X12+X17（E2E3）+X22X23+（X24+X25+X26）（X27+X28+X29）（X30+X31+X32+X33）+X22X34=X1+……+X12
+X17（X13+X14+X15+X16+X18+X19+X20+X21）+X22X23+（X24+X25+X26）（X27+X28+X29）（X30+X31+X32+X33）+X22X34
最后求得事故树最小割集58个，其中，一阶最小割集数12个，二阶最小割集数10个，三阶最小割集数36个，或门个数占逻辑门总数的81%。由此可知三相分离设备的泄漏危险很大。
2.2 结构重要度分析
结构重要度的分析主要是通过事故树的结构来分析判断各基本事件的重要程度。假设基本事件的发生概率相等，分析每个基本事件对顶事件的影响程度。在结构重要度分析中需满足以下三个原则。
（1）最小割集为单事件，则其基本事件结构重要度系数最大。
（2）只出现在同一割集中的基本事件，其结构重要度系数相等。
（3）两基本事件出现在不同割集中，则出现次数相等时其结构重要度系数相等，出现次数多的结构重要度系数大；
根据上述三条原则判断三相分离设备泄露的事故树中各基本事件的重要度系数大小（用Ij表示基本事件Xi的结构重要度系数，j=i）：
（1）I1～I12所在最小割集都只有一个基本事件且只出现一次，则I1～I12=1，其结构重要度系数最大。
（2）I13～I21，I23，I34都只出现两次且所在最小割集只有两个基本事件，则I13～I21=I23=I34=1/2。
（4）I17出现8次且最小割集只有两个基本事件，则I17=8/2。
（5）I22出现2次且最小割集只有两个基本事件，则I22=2/2。
（6）I24～I29出现12次且最小割集只有3个基本事件，则I24～I29=12/3。
（7）I30～I33出现9次且最小割集只有4个基本事件，则I30～I33=9/4。
3 事故树分析
3.1 最小割集分析
最小割集可以表示出系统的危险程度，通过求最小割集来掌握各种事故发生的可能，从而为事故预防和事故调查提供方便，同时也提出了施工和设计的注意事项。每个最小割集都代表一种顶事件发生的可能。如果事故树的最小割集只有一个，则说明只有一种事故模式。如果事故树的最小割集越多，就说明系统发生事故的模式越多，系统也就越危险。如果事故树的最小割集只含有一个基本事件，则只要该基本事件发生，顶事件必然发生，即事故树的最小割集含基本事件越少，系统越危险。
在三相分离设备泄漏事故树中，最小割集的总数有58个，一阶最小割集数12个，二阶最小割集数10个，三阶最小割集数36个，系统模式较为危险。一阶割集主要为压力破坏事件，10个二阶割集中有中的基本事件主要是在施工过程中操作失误引起的管道方面的问题，由此可知，在施工过程中由于操作失误和第三方破坏（自然灾害和人为破坏）引起的管道缺陷和超压是造成三相分离设备泄漏的主要原因。三阶割集主要由腐蚀因素组成，所以腐蚀也是造成设备泄漏的一个重要因素。
3.2 结构重要度分析
总体上而言，I1～I12>>I17=I24～I29>>I30～I33>>I22>>I13～I21=I23=I34。
（1）由I1= I2……=I12可知，安全阀和破裂阀故障对三相分离设备的泄漏影响最大。
（2）由I24～I29>>I30～I33>>I22>>I23=I34可得，就腐蚀而言，外防腐层的绝缘涂层缺陷对三相分离设备的泄漏影响最大，其次是土壤对管道的腐蚀，最后是内腐蚀和应力腐蚀等事件。
（3）在管道缺陷对顶事件的影响中，除了人为操作不当对三相分离设备的泄漏造成影响，在管道加工工艺缺陷和管道材料缺陷两环节任何环节出错，都会对设备泄露造成直接的影响。
4 结语
该文主要对高含气井试油工艺中的三相分离设备进行基于事故树的风险分析，通过分析三相分离设备系统内各个影响因素间的逻辑关系，以最小割集来表示各基本事件对整个系统的影响程度，得出在试油工艺中预防三相分离设备泄露应在以下几方面加强管理。
（1）严格要求对安全阀和破裂阀的使用规范。
（2）对接触腐蚀性介质的设备应注意腐蚀材料的选用，尤其是对外防腐层的绝缘涂层材料的选取。
（3）另外在管道的选材、设计、检验方面应严格遵循行业标准。
参考文献
[1]魏春荣，李艳霞，孙建华，等.事故树结构重要度的求解方法[J].黑龙江科技学院学报，2012，22（1）：84-92.
[2]赵伟霞，张明德，蔡云龙，等.基于事故树分析法的城市供水管网爆管事故分析[J].给水排水，2011（37）：454-458.
[3]张钦礼，吴立宏，卞继伟.充填管道堵塞的事故树分析[J].金属矿山，2015（1）：145-148.
[4]张金山，吴昊天，严晓楠.基于事故树的煤矿电气事故分析及预防措施[J].成果应用，2014（174）：11-38.
关键词：高含气井 三相分离设备 事故树 最小割集
中图分类号：X92 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0121-02
随着我国试油工艺技术的不当发展和进步，暴露出许多新的问题，在试油生产的各个环节都有着不同程度的安全隐患，如三相分离设备泄露引起的爆炸、火灾、污染等，本文通过事故树分析对引起三相分离设备泄露的各因素进行分析，以保证试油生产的安全进行。
1 事故树分析法
事故树分析法是一种从事故结果到事故发生原因进行层层分析系统安全分析方法。通过逻辑符号将事故与各层原因相连接，简洁而形象的通过逻辑数图形表达它们的逻辑关系。进行事故树分析可以达到的目的有：（1）对造成事故的各因素进行全面而形象的逻辑关系描述；（2）能够发现系统内的各种潜在危险因素，便于设计的优化及施工过程中的管理；（3）通过逻辑运算，便于对系统风险的定性定量分析。
在事故树中，将可能会引发顶事件的事件称为基本事件；将对于可能引发顶事件的所有基本事件称为割集；对于引发顶事件的最低限度的基本事件的集合称为最小割集；对于不能引发顶事件发生的最低限度的基本事件集合称为最小径集。当割集中的每个基本事件都发生则顶上事件一定发生；最小割集的数量决定系统的危险程度。
事故树分析一般采用行列法、布尔代数法、矩阵法、质数代入法和结构法，求得顶事件的最小割集或最小径集。
2 建立三相分离设备的泄露事故树模型
三相分离设备在高含气油井的试油作业中，常因为腐蚀、设计缺陷、外部干扰等因素引发设备泄露事故，严重影响着三相分离器的可靠性。本节以三相分离设备泄露为顶事故建立事故树模型，如图1所示。
2.1 求取最小割集
利用布尔代数法求事故树的最小割集如下：
T=B1+B2=（C1+C2）+（C3+C4+C5）=（X1+X10+D1+D2+D3）+（X22X23+D4D5D6+X22X34）
=X1+……+X12+X17（E2E3）+X22X23+（X24+X25+X26）（X27+X28+X29）（X30+X31+X32+X33）+X22X34=X1+……+X12
+X17（X13+X14+X15+X16+X18+X19+X20+X21）+X22X23+（X24+X25+X26）（X27+X28+X29）（X30+X31+X32+X33）+X22X34
最后求得事故树最小割集58个，其中，一阶最小割集数12个，二阶最小割集数10个，三阶最小割集数36个，或门个数占逻辑门总数的81%。由此可知三相分离设备的泄漏危险很大。
2.2 结构重要度分析
结构重要度的分析主要是通过事故树的结构来分析判断各基本事件的重要程度。假设基本事件的发生概率相等，分析每个基本事件对顶事件的影响程度。在结构重要度分析中需满足以下三个原则。
（1）最小割集为单事件，则其基本事件结构重要度系数最大。
（2）只出现在同一割集中的基本事件，其结构重要度系数相等。
（3）两基本事件出现在不同割集中，则出现次数相等时其结构重要度系数相等，出现次数多的结构重要度系数大；
根据上述三条原则判断三相分离设备泄露的事故树中各基本事件的重要度系数大小（用Ij表示基本事件Xi的结构重要度系数，j=i）：
（1）I1～I12所在最小割集都只有一个基本事件且只出现一次，则I1～I12=1，其结构重要度系数最大。
（2）I13～I21，I23，I34都只出现两次且所在最小割集只有两个基本事件，则I13～I21=I23=I34=1/2。
（4）I17出现8次且最小割集只有两个基本事件，则I17=8/2。
（5）I22出现2次且最小割集只有两个基本事件，则I22=2/2。
（6）I24～I29出现12次且最小割集只有3个基本事件，则I24～I29=12/3。
（7）I30～I33出现9次且最小割集只有4个基本事件，则I30～I33=9/4。
3 事故树分析
3.1 最小割集分析
最小割集可以表示出系统的危险程度，通过求最小割集来掌握各种事故发生的可能，从而为事故预防和事故调查提供方便，同时也提出了施工和设计的注意事项。每个最小割集都代表一种顶事件发生的可能。如果事故树的最小割集只有一个，则说明只有一种事故模式。如果事故树的最小割集越多，就说明系统发生事故的模式越多，系统也就越危险。如果事故树的最小割集只含有一个基本事件，则只要该基本事件发生，顶事件必然发生，即事故树的最小割集含基本事件越少，系统越危险。
在三相分离设备泄漏事故树中，最小割集的总数有58个，一阶最小割集数12个，二阶最小割集数10个，三阶最小割集数36个，系统模式较为危险。一阶割集主要为压力破坏事件，10个二阶割集中有中的基本事件主要是在施工过程中操作失误引起的管道方面的问题，由此可知，在施工过程中由于操作失误和第三方破坏（自然灾害和人为破坏）引起的管道缺陷和超压是造成三相分离设备泄漏的主要原因。三阶割集主要由腐蚀因素组成，所以腐蚀也是造成设备泄漏的一个重要因素。
3.2 结构重要度分析
总体上而言，I1～I12>>I17=I24～I29>>I30～I33>>I22>>I13～I21=I23=I34。
（1）由I1= I2……=I12可知，安全阀和破裂阀故障对三相分离设备的泄漏影响最大。
（2）由I24～I29>>I30～I33>>I22>>I23=I34可得，就腐蚀而言，外防腐层的绝缘涂层缺陷对三相分离设备的泄漏影响最大，其次是土壤对管道的腐蚀，最后是内腐蚀和应力腐蚀等事件。
（3）在管道缺陷对顶事件的影响中，除了人为操作不当对三相分离设备的泄漏造成影响，在管道加工工艺缺陷和管道材料缺陷两环节任何环节出错，都会对设备泄露造成直接的影响。
4 结语
该文主要对高含气井试油工艺中的三相分离设备进行基于事故树的风险分析，通过分析三相分离设备系统内各个影响因素间的逻辑关系，以最小割集来表示各基本事件对整个系统的影响程度，得出在试油工艺中预防三相分离设备泄露应在以下几方面加强管理。
（1）严格要求对安全阀和破裂阀的使用规范。
（2）对接触腐蚀性介质的设备应注意腐蚀材料的选用，尤其是对外防腐层的绝缘涂层材料的选取。
（3）另外在管道的选材、设计、检验方面应严格遵循行业标准。
参考文献
[1]魏春荣，李艳霞，孙建华，等.事故树结构重要度的求解方法[J].黑龙江科技学院学报，2012，22（1）：84-92.
[2]赵伟霞，张明德，蔡云龙，等.基于事故树分析法的城市供水管网爆管事故分析[J].给水排水，2011（37）：454-458.
[3]张钦礼，吴立宏，卞继伟.充填管道堵塞的事故树分析[J].金属矿山，2015（1）：145-148.
[4]张金山，吴昊天，严晓楠.基于事故树的煤矿电气事故分析及预防措施[J].成果应用，2014（174）：11-38.